Nature：前所未有地绘制脊髓损伤生物学细节

　　

EPFL的科学家们在脊髓损伤领域取得了一个重要的研究里程碑——通过他们的开源项目“麻痹表”，以前所未有的细节绘制出瘫痪的细胞和分子动力学。gracimgoire Courtine和他的团队将尖端的细胞和分子制图技术与人工智能结合起来，绘制出脊髓损伤(SCI)后每个细胞中展开的复杂分子过程。发表在《Nature》杂志上的这项开创性的工作不仅确定了一组特定的神经元和基因，这些神经元和基因在恢复中起着关键作用，而且还提出了一种成功的基因治疗方法。

了解脊髓损伤几乎不可能愈合的原因，有助于揭示这一突破的重要性。人类脊髓是科学界所知的最复杂的生物系统之一——它是由不同类型的细胞在机械、化学和电方面进行的排列，这些细胞协同工作，产生和调节多种神经功能，包括自然、优雅的步态。这种细胞的复杂性加大了有效治疗脊髓损伤引起的瘫痪的挑战。

到目前为止，传统的成像和作图方法对脊髓损伤的细胞机制提供了一个概括性的认识。但是这种特异性的缺乏模糊了个体细胞类型的不同作用和反应，并且阻碍了靶向治疗的发展，因为治疗不能精细地调整以解决特定的细胞动力学。

“在这项研究中，我们的目标不亚于对脊髓损伤的生物学理解的一场革命，”库尔蒂纳说。“通过提供跨越空间和时间的小鼠脊髓损伤的细胞和分子动力学的异常详细的视图，由麻痹斑组成的四个细胞图谱填补了历史上的知识空白，为靶向治疗和增强恢复铺平了道路。”

根据对瘫痪的复杂细胞动力学的新理解，第一个治疗方法是靶向基因治疗。该疗法是与EPFL神经X系教授伯纳德·施耐德(Bernard Schneider)合作开发的，利用了一项重要发现:研究人员发现，一种称为星形胶质细胞的特殊类型的支持细胞在老年动物中失去了对损伤的反应能力。

EPFL的科学家们在脊髓损伤领域取得了一个重要的研究里程碑——通过他们的开源项目“Tabulae Paralytica”，以前所未有的细节绘制出瘫痪的细胞和分子动力学。gracimgoire Courtine和他的团队将尖端的细胞和分子制图技术与人工智能结合起来，绘制出脊髓损伤(SCI)后每个细胞中展开的复杂分子过程。发表在《Nature》杂志上的这项开创性的工作不仅确定了一组特定的神经元和基因，这些神经元和基因在恢复中起着关键作用，而且还提出了一种成功的基因治疗方法。

“在过去一百年的大部分时间里，人们认为星形胶质细胞对神经修复是有害的。我们的数据进一步支持推翻这一观念，并表明这些细胞具有重要的保护作用，可以用来修复脊髓损伤。”EPFL的Mark Anderson说，他是这项研究的资深作者。

这项研究的另一个关键结果是确定了一种特定的神经元子集，称为Vsx2神经元，它天生就具备促进恢复的能力。

“我们之前的研究已经指出了他们的方向，但是有了这个新的，微调的理解，我们现在可以肯定地说，Vsx2神经元在很大程度上负责神经回路重组，这意味着它们是迄今为止修复脊髓损伤的最有趣的神经元群，”来自EPFL的研究的另一位高级作者Jordan Squair断言。

为了在啮齿动物模型中创建有史以来第一个全面的脊髓损伤细胞图谱，研究人员采用了两种创新技术。第一种是单细胞测序，检查每个细胞的基因组成。虽然这项技术已经使用了十多年，但最近的进展使科学家们能够以前所未有的方式扩大这一过程，生成数百万脊髓细胞的详细记录。

其次，空间转录组学——一种向我们展示这些细胞活动发生的尖端技术——扩展了整个脊髓的图谱，保留了不同细胞类型之间的空间背景和关系。

新数据是如此庞大，以至于需要专门开发新的机器学习技术来利用它的复杂性。这种计算方法不仅利用人工智能绘制单个细胞的即时遗传反应图，而且还将这些反应置于脊髓的物理和时间景观中。

Squair解释说:“我们现在有了一张详细的地图，不仅向我们展示了哪些细胞参与其中，而且还展示了它们在受伤和恢复过程中如何相互作用和变化。这种全面的理解对于开发针对特定细胞和修复不同损伤的独特需求的治疗方法至关重要，为更有效和个性化的治疗铺平了道路。”

“Tabulae Paralytica”是SCI研究的一个重要里程碑。它将科学洞察力与技术创新相结合，为认识和治疗SCI开辟了新的视野。虽然这项研究是用啮齿动物模型进行的，但所获得的见解有望转化为临床应用，库尔蒂纳和他的团队在十多年来一直在这方面取得重大进展。

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Single-cell and spatial atlases of spinal cord injury in the Tabulae Paralytica